使用無反射濾波器改善混頻系統(tǒng)性能

射頻系統(tǒng)工程師通常會利用一些簡單粗暴的方法來處理這些影響，比如在敏感器件前后插入衰減器或隔離放大器。眾所周知，這些方法會降低整個系統(tǒng)的信噪比和動態(tài)范圍。我們可以利用雙工器一個端口來實現對阻帶反射信號的吸收，但這樣的過渡手段對設計電路有較大的空間需求，并且仍然會因為一些反射信號造成阻抗失配。當然我們也可以使用差分式濾波器（兩端口進兩端口出，并且在輸入輸出端口上增加90°電橋實現平衡-不平衡轉換）來緩解阻帶反射信號的影響。但是這種技術使得濾波器的帶寬受制于電橋的帶寬，這使得這種設計不適合寬帶應用。

為了消除濾波器阻帶中確實且普遍存在的反射信號，Mini-Circuits專門開發(fā)出了X系列無反射濾波器（已獲專利授權）。此系列濾波器采用了全新的濾波器架構，可以實現完全吸收或終止電路內部所有不希望通過濾波器的阻帶信號，實現所有頻率上的反射系數為0。

原理：最小化的反射系數改善系統(tǒng)動態(tài)范圍

在電路設計中，對于傳統(tǒng)反射式濾波器常常產生的問題，無反射濾波器特別適用于配對那些敏感的非線性器件。舉一個典型案例，比如濾波器在混頻器輸出信號鏈路上的應用?；祛l器會產生大量的無用混頻信號、來自本振的高次諧波以及其他無用頻率信號，這是必須濾除掉的。然而，如果使用傳統(tǒng)設計的濾波器，可能會導致這些信號反射回混頻器中重新轉換，或是與有用信號進行新的混頻，產生大量意想不到的無用信號。并且很可能這些無用信號正好處于濾波器通帶內而無法濾除。

圖1 由多個濾波器反射而產生的典型互調過量

互調抑制一直是衡量混頻器設計的目標之一?；诋斍鞍雽w工業(yè)的發(fā)達，我們可以通過利用高動態(tài)范圍的場效應管成功實現了不同水平的互調抑制。然而，即使最好的混頻器也會在它的每個端口產生一些互調產物，并且這些互調產物會成為影響到周邊射頻鏈路中的因素。當傳統(tǒng)濾波器要濾除這些互調產物時，他們會被完全反射回到混頻器，并與基波信號重新合成而產生大量的假信號。這些假信號會因為可能落在所需的頻帶內而通過濾波器輸出到中頻，進而限制了整個系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

若濾波器的帶外反射系數最小化，則反射回去的無用信號會減少，進而假信號和互調產物會減小，從而改善整個系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

圖2 帶外反射信號減少進而互調產物減少

理論驗證

以下將組成測試電路對比傳統(tǒng)濾波器和無反射式濾波器分別配對相同混頻器的性能。

測試1：單輸入信號的中頻信號輸出頻譜測試

依照圖3所示測試電路，將測試3種不同狀態(tài)下從濾波器反射到混頻器輸出的信號頻譜：

狀態(tài)1：混頻器輸出端口直接輸出；

狀態(tài)2：混頻器輸出端口加傳統(tǒng)濾波器；

狀態(tài)3：混頻器輸出端口加無反射式濾波器。

圖3 單輸入信號的中頻信號輸出頻譜測試電路框圖

各個狀態(tài)的測試結果如圖4~圖6所示。相較于混頻器直接輸出，加傳統(tǒng)濾波器能一定程度上減小反射信號，而無反射濾波器則幾乎消除了所有反射。從結果圖中我們可以看到在2GHz的頻點上，使用傳統(tǒng)濾波器的反射信號為-34.55dBm，而無反射式濾波器則為-66.12dBm。兩者相較，反射信號減小了超過30dB。其他頻點上的反射信號也被無反射式濾波器抑制和濾除。

圖4 混頻器直接輸出

圖5 混頻器加傳統(tǒng)濾波器后的輸出

圖6 混頻器加無反射式濾波器后的輸出

測試2：單輸入信號的輸入頻譜測試

依照圖7所示測試電路，將測試3種不同狀態(tài)下從混頻器反射到源端的信號頻譜：

狀態(tài)1：輸入信號直接輸入混頻器；

狀態(tài)2：輸入信號經過傳統(tǒng)濾波器后輸入混頻器；

狀態(tài)3：輸入信號經過無反射式濾波器后輸入混頻器。

圖7 單輸入信號的輸入頻譜測試電路框圖